核苷类

Metal free消耗品有效解决寡核苷酸分析吸附难题近年来，在新冠mRNA疫苗的催动下，核酸药物成为生物医药增长最快的细分领域，被业内视为继小分子化药和抗体药物后的第三大类型药物。其中，作为核酸药物的一类，小核酸药物在已上市核酸药物中占绝对数量优势。目前全球获批上市的核酸药物共16款，除了2款mRNA疫苗，其余14款均为小核酸药物。小核酸药物主要包括反义寡核苷酸 (ASO)、小干扰RNA (siRNA)、微小RNA (miRNA)、小激活RNA (saRNA)、信使RNA (mRNA)、RNA适配 (Aptamer)等。70年代-2000年，主要是寡核苷酸药物发现和修饰的阶段，比如2位氧基的修饰，这些修饰都奠定了现在寡核苷酸药物的基础。寡核苷酸药的化学构成与修饰针对寡核苷酸类药物的分析，岛津可从消耗品角度解决解决用户因样品吸附所产生的分析困扰：1.液相色谱柱寡核苷酸类样品由于极性较大，在反相模式下保留弱，因此常常采用 IP-RP-LC ( ion-pair reversed-phase liquid chromatography ) 的方法进行分析，同时由于结构中存在磷酸基团，常因非特异性吸附而产生峰形差、线性不好等问题。岛津Shim-pack Scepter C18 [metal free]可以解决上述分析难题。有机全多孔杂化颗粒硅胶基体pH耐受范围1-12耐高温（90°C）聚合物涂层的[metal free]技术，可有效降低非特异性吸附的产生，保证优异峰形及线性。惰性填料色谱柱-Metal free色谱柱2.低吸附载样瓶/板在样品载样环节，核苷酸类、碱性多肽以及易金属离子螯合化合物与载样样品瓶或样品板存在非特异性吸附，从而影响定量准确性和重复性问题，因此采用惰性载样瓶或96-well板是非常必要且快速的解决方案，岛津可提供不同规格和形式的载样耗材。# 限时提供试用 #请扫描右边二维码申请～岛津寡核苷酸分析相关消耗品产品列表

导读2021年12月3日，国家医疗保障局召开新闻发布会公布2021年国家医保药品目录调整结果，于2022年1月1日正式执行。治疗罕见病脊髓性肌萎缩症（SMA）的药物诺西那生钠注射液被纳入医保，价格从曾经的70万一针降至3.3万，为患者及其家庭带来福音。SMA是一种罕见的遗传性神经肌肉疾病，是由于SMN1基因突变或缺失，造成与运动神经元密切相关的SMN蛋白缺乏，导致肌肉萎缩，大部分患者因为呼吸衰竭而死亡。诺西那生钠的有效成分是一种反义寡核苷酸，可以改变SMN2前mRNA的剪接，增加完整长度SMN蛋白的产生，达到治病的目的。什么是寡核苷酸药物？寡核苷酸药物通常指由人工合成的长度50个以内核苷酸组成的一类药物，包含单链或双链DNA或RNA。目前研究较多的是反义寡核苷酸药物（ASO）和小干扰RNA药物(siRNA)。与小分子药物和单抗药物靶向蛋白质不同，寡核苷酸药物通常靶向mRNA，从转录后水平进行治疗，具有特异性好、有效性高和长效性突出的优势。寡核苷酸药物分析和表征为了保证产品的安全性和有效性，寡核苷酸药物通常需要从分子量、碱基序列、解链温度Tm、产品纯度、有关物质等方面进行分析，需要使用质谱、生物惰性液相色谱、紫外分光光度计等仪器，岛津公司开发了一系列的解决方案，供您参考。分子量表征寡核苷酸药物通常使用固相亚磷酰胺化学法进行合成，亚磷酰胺单体是合成的关键原料。寡核苷酸药物的分子量则是其重要的产品属性。因此，检测寡核苷酸药物及其合成用原料亚磷酰胺单体的分子量是常用的质量控制手段。常用的分子量检测方法是质谱法。岛津质谱产品四极杆飞行时间质谱仪（LCMS-9030）、单四极杆质谱仪（LCMS-2050）和基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-8030）都是寡核苷酸药物及其原料分子量表征的常用仪器。下面就为大家带来QTOF LCMS-9030测定寡核苷酸药物精确分子量和MALDI-8030测定亚磷酰胺单体分子量的精彩案例。• LCMS-9030分析寡核苷酸药物分子量岛津四极杆飞行时间质谱 LCMS-9030具有高分辨率、高质量数准确度和媲美三重四极杆灵敏度的特点，可以准确测定寡核苷酸分子量。寡核苷酸分子带负电，通常使用ESI负离子模式检测，在质谱图上常观测到一系列的多电荷离子，需要进行解卷积处理，得到寡核苷酸分子量。LCMS-9030结合Insight Explore CSD分析结果寡核苷酸药物序列: 5' -mG-mC*-mC*-mU*-mC*-dA-dG-dT-dC*-dT-dG-dC*-dT-dT-dC*-mG-mC*-mA-mC*-mC*-3' 理论单同位素分子量：6431.7239采用QTOF LCMS-9030采集一个长度为20 mer的寡核苷酸药物的高分辨质谱图，使用Insight Explore CSD进行解卷积处理，得到实测单同位素分子量为6431.7236，质量数偏差为0.05 ppm。• MALDI-8030分析亚磷酰胺单体的分子量采用MALDI-8030测定了四种亚磷酰胺单体的分子量，在线性正离子模式下，均检测到显著质谱峰，质荷比大小与钾离子加合峰相符。MALDI-8030体积紧凑、分析速度快、维护方便，是寡核苷酸样品分析的有力工具。序列确认寡核苷酸的序列同设计序列一致，是保证药物有效性的重要方面。采用MALDI-8030测定了长度为20 mer的一种寡核苷酸的分子量和碱基序列。寡核苷酸的MADLI-TOF质谱图主要以单电荷和双电荷形式存在，可直接读出分子量，操作简单，结果直观。利用源内裂解技术（ISD），寡核苷酸更倾向于形成w型碎裂离子，碎裂离子谱图更简单。通过比对这些碎片离子信息，可以较容易地读出核酸序列。寡核苷酸MALDI-ISD-TOF质谱图和碎裂离子解链温度（Tm）随着温度升高，双链核酸分子的双链结构开始打开，最终变成两条单链的结构。Tm是双链核酸分子双链结构解开一半时的温度，是双链核酸分子结构稳定性的重要指标。使用岛津UV Tm分析系统可以非常方便地测定双链核酸分子的Tm。该系统由紫外分光光度计、电热温度控制单元和Tm分析软件组成。Tm分析软件可以控制温度控制单元准确控温，升温速率12档可调，可满足双链核酸分子解链曲线的连续测定。Tm分析软件还可以自动分析解链曲线，给出准确的Tm数值。UV Tm分析系统组成（左）和核酸样品Tm分析结果（右）纯度分析使用生物惰性液相Nexera XS Inert结合Shim-pack Scepter C18色谱柱进行了寡核苷酸样品的快速纯度分析，寡核苷酸和其杂质分离良好。即使在50℃高温、0.1M TEAA的盐浓度条件下分析，也表现出良好的稳定性。基于有机杂化颗粒硅胶技术的Shim-pack Scepter C18，适合用于寡核苷酸纯度以及杂质分析。12 mer寡核苷酸样品纯度分析UHPLC色谱图递送介质分析递送介质是将核酸药物递送至靶组织，穿透细胞膜，进入细胞内部发挥药效的关键。脂质纳米粒（LNP）和聚乙烯亚胺（PEI）都是核酸药物的常用递送介质。LNP通常包含阳离子脂质、胆固醇、PEG修饰脂质和辅助性中性脂质，四种成分协同作用，将寡核苷酸包裹并递送到细胞内发挥作用。PEI是一种水溶性高分子聚合物，携带大量正电荷，可通过静电作用结合核酸药物，将其递送至细胞内，并保护其免受核酸酶降解。递送介质的含量检测对寡核苷酸药物给药方式、药学研究等具有重要意义。利用岛津生物惰性液相系统结合蒸发光散射检测器ELSD-LT III建立了定量分析LNP中四种成分含量，以及PEI含量的分析方法。结语天价寡核苷酸药物首进医保，使得这类药物在近期迅速刷屏，备受关注。对寡核苷酸药物进行分析和表征，可以更好地保证产品的药效和安全性。基于岛津丰富的分析仪器产品线，我们利用QTOF LCMS-9030、单四极杆质谱LCMS-2050、MALDI TOF质谱、UHPLC、UV Tm分析系统等技术平台，开发了分子量表征、核苷酸序列确认、Tm测定、纯度分析和递送介质分析的方法，助力寡核苷酸药物研发和质控，希望未来开发出更多更好的药物，造福患者。本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

特邀：海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室林桓课题组林桓，海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室副研究员，海南省领军人才，《Marine Resource and Ocean Science》编委，曾任岛津制作所全球应用技术开发中心副主任研究员。主要研究领域是基于高分辨以及定量质谱的核酸修饰生理学意义挖掘，在《Nature Communications》，Nucleic Acid Research等重要期刊发表过论文。 海南大学林桓副研究员团队以模式蓝藻（细长聚球藻 PCC 7942）为研究对象，与岛津广州分析中心展开深入合作，通过微流液相色谱仪（岛津Nexera Mikros）结合三重四级杆质谱仪（岛津LCMS-8050）建立了一套兼具灵敏度与特异性的修饰核苷鉴定方法，并对细长聚球藻PCC 7942 总tRNA组分中存在的修饰核苷进行了检测分析，为修饰核苷的鉴定提供了一种新思路。成果于2021年7月发表在《Journal of Separation Science》。 生物体中的RNA元件，包括核糖体RNA，信使RNA，转运RNA，剪接体RNA，miRNA等，均需要经历转录后修饰成为成熟的分子。这些修饰对实现RNA元件的功能至关重要，例如新冠病毒mRNA疫苗必须在RNA链上掺入修饰核苷才能在人体中稳定表达。RNA转录后修饰主要发生在核糖核苷（A/U/C/G）的碱基或核糖上，以共价结合的方式连接一个或多个化学基团。近年研究表明RNA修饰种类和修饰率的变化参与到RNA代谢及功能实现的全过程，具有重要生理学意义[1-5]。 ☆ 新思路 ☆ 分析方法灵敏度提高有三种途径：• 更高效的前处理技术以实现目标物的富集和基质/杂质的清除；• 更优越的分离手段，得到更纯、更集中流出的色谱峰以提高目标物的瞬间浓度；• 更先进的检测技术以提高目标物信号响应。 目前质谱仪因其通用性高、选择性好和灵敏度高，是主流的检测技术，其中，灵敏度是评价质谱等级的重要指标之一。质谱仪的灵敏度受多方面影响，其中可以通过降低进入离子源的液流，有效提高离子化效率，从而较大提高质谱检测灵敏度。如目前比较常见的Nano液相、Micro液相和Semi-micro常规分析型液相，我们来做一下性能对比。 三种液相系统的性能对比 Nano液相的液量有利于LCMSMS离子源的去溶剂化，从而提高质谱响应。但是由于液流过低，其通量较小；另外，纳升级的流速对输液泵的精度和脉冲控制要求非常高，再加上其精密的部件对使用和维护都有很高的要求。故现有技术下Nano液相的通量和稳定性无法达到常规分析型液相的水平。而Semi-micro常规型液相已成为相对成熟、应用范围相对广的分析手段，这两项指标非常优异，但是，由于较大的液流，导致进入离子源，尤其是ESI离子源之后，其去溶剂化效率较差，灵敏度无法进一步提高。 Micro液相的色谱柱内径介于0.1~1.0 mm之间，流速一般介于1~100 μL之间，这一流速下的仪器稳定性、耐用性和维护性都比Nano液相有大幅提高，通量接近半微量分析型液相，而其去离子效率相比半微量分析型液相大大提高。因此Micro液相没有明显的短板，理论上是三种液相中相对理想的技术。 岛津微流量液相质谱联用系统 Mikros-LC+LCMS-8060 ☆ 成果快览 ☆ • 在本研究中研究人员报道了尿苷及其衍生物在低温及高有机溶剂的条件下容易析出造成信号变动，指出了利用HILIC等亲水原理的核苷酸LCMS分析中需要注意的问题。• 利用岛津微流量液相质谱联用系统测试了总tRNA组分中24个核苷标样，确定了各个标样所用的母离子和子离子，以及在HILIC色谱柱中的保留时间。通过多反应监测及保留时间，可以区分这些修饰核苷及其同分异构体。 核苷标样微流量液质系统色谱图 • 测定了24个修饰核苷标样的最小检出量，运用微流液相色谱—三重四极杆质谱联用仪检出下限为0.1-1 fmol，而一般用于鉴定修饰核苷所用的半微流液相色谱—三重四极杆质谱联用仪的检出下限为1-10 fmol。• 运用上述建立的方法，对细长聚球藻 PCC 7942中的修饰核苷进行定量检测，仅需含25 ng总tRNA组分的样品，即可得到清晰的质谱结果，而在传统的半微流液相色谱—三重四极杆质谱联用仪上得到相同结果，至少需要含100 ng的总tRNA组分的样品[6, 7]。 细长聚球藻样品图 ☆ 专家观点 ☆ 海南大学林桓副研究员：修饰核苷中尿嘧啶核苷及其衍生物电离困难及各修饰核苷同分异构体之间不易区分的特点一直是质谱检测的难点。同时常规的半微流液相色谱—三重四极杆质谱联用仪检出限较高，需要的样品量较大，这也是不易提取的样品检测的制约条件之一。该研究依托岛津公司强大的质谱分析平台，首次使用微流液相色谱—三重四极杆质谱联用仪分离鉴定总tRNA组分中的修饰核苷，灵敏度较半微流液相色谱——三重四极杆质谱联用仪提高了10倍以上。该方法可支持表观转录组学的发展。 【参考文献】[1] Lin H, Miyauchi K, Harada T, Okita R, Takeshita E, Komaki H, Fujioka K, Yagasaki H, Goto Y-i, Yanaka K, Nakagawa S, Sakaguchi Y, Suzuki T. CO2-sensitive tRNA modification associated with human mitochondrial disease. Nature Communications. 2018 9: 1875.[2] Lian H, Wang Q H, Zhu C B, Ma J, Jin W L. Deciphering the Epitranscriptome in Cancer. Trends in Cancer. 2018: S2405803318300219.[3] Schimmel, Paul. The emerging complexity of the tRNA world: mammalian tRNAs beyond protein synthesis. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2017.[4] Thomas J M, Batista P J, Meier J L. Metabolic Regulation of the Epitranscriptome. Acs Chemical Biology. 2019.[5] Chionh Y H, Mcbee M, Babu I R, Hia F, Lin W, Zhao W, Cao J, Dziergowska A, Malkiewicz A, Begley T J. tRNA-mediated codon-biased translation in mycobacterial hypoxic persistence. Nature Communications. 2016 7: 13302.[6] Kimura S, Dedon P C, Waldor M K. Comparative tRNA sequencing and RNA mass spectrometry for surveying tRNA modifications. Nature Chemical Biology. 2020.[7] Su D, Chan C T Y, Gu C, Lim K S, Chionh Y H, Mcbee M E, Russell B S, Babu I R, Begley T J, Dedon P C. Quantitative analysis of ribonucleoside modifications in tRNA by HPLC-coupled mass spectrometry. Nature Protocols. 2014 9: 828-841. 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。